偏心式磷酸反應(yīng)槽中三維流場(chǎng)的數(shù)值模擬.pdf

1、隨著磷肥工業(yè)和磷酸鹽工業(yè)的發(fā)展,磷酸在工業(yè)上的需求量迅速增加。由于磷礦資源的有限性和當(dāng)前磷酸反應(yīng)槽內(nèi)攪拌器效率不高,合理的運(yùn)用現(xiàn)有資源顯得尤為重要。目前,對(duì)磷酸反應(yīng)槽的設(shè)計(jì)主要是依靠傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì),這種設(shè)計(jì)不僅設(shè)計(jì)周期長(zhǎng),而且往往達(dá)不到設(shè)備的最佳使用效果,對(duì)資源、資金、人力和物力造成了浪費(fèi)。偏心攪拌是攪拌軸偏離攪拌槽中心位置的一種的攪拌形式,它破壞了槽內(nèi)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性,誘導(dǎo)了槽內(nèi)流體的混沌混合,與常規(guī)攪拌槽相比,不需設(shè)置擋板,被廣泛應(yīng)

2、用于化工、制藥、冶金等行業(yè)。到目前為止,在磷酸反應(yīng)槽中采用偏心式攪拌的混合方式未曾見(jiàn)之于報(bào)道。
　　本文是基于研究某工程中φ5000×6500磷酸反應(yīng)槽在生產(chǎn)過(guò)程中的節(jié)能優(yōu)化問(wèn)題,經(jīng)研究在磷酸反應(yīng)槽中使用偏心式攪拌,采用數(shù)值模擬的方法對(duì)偏心式磷酸反應(yīng)槽中的三維流場(chǎng)進(jìn)行了模擬分析,著重探討了偏心率與轉(zhuǎn)速對(duì)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律,所做工作如下:
　　(1)將工程用的磷酸反應(yīng)槽簡(jiǎn)化為實(shí)驗(yàn)用的攪拌槽,用清水代替實(shí)際工作介質(zhì),分別用數(shù)值模

3、擬的方法和PIV實(shí)驗(yàn)研究的方法對(duì)偏心攪拌槽中的流場(chǎng)進(jìn)行分析,比較兩者的分析結(jié)果。
　　(2)建立偏心式磷酸反應(yīng)槽的數(shù)值分析模型,對(duì)偏心式攪拌槽中流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬,分析偏心率和攪拌轉(zhuǎn)速的改變對(duì)槽內(nèi)流場(chǎng)的影響規(guī)律。
　　(3)確定適合本研究工作的偏心率和攪拌轉(zhuǎn)速。
　　對(duì)所做工作進(jìn)行總結(jié),得到以下結(jié)論:
　　(1)通過(guò)FLUENT軟件和PIV系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)室攪拌裝置中的流場(chǎng)進(jìn)行研究,對(duì)結(jié)果進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn),在誤差允許的范圍內(nèi)

4、,模擬結(jié)果可反映出真實(shí)的流場(chǎng),驗(yàn)證了FLUENT軟件對(duì)偏心攪拌槽中流場(chǎng)預(yù)測(cè)的可靠性。
　　(2)偏心式攪拌反應(yīng)槽中的流場(chǎng)呈非對(duì)稱(chēng)性結(jié)構(gòu),液流由液面向下流動(dòng)至槳葉處被分為兩股流體,一股發(fā)生轉(zhuǎn)向沿槽壁向上流動(dòng),一股沿槽壁向下流動(dòng)至槽底處轉(zhuǎn)向,流向槳葉底部,由此在整個(gè)槽內(nèi)形成兩個(gè)大的循環(huán)流,循環(huán)流位于槳葉上下方。
　　(3)隨著偏心率的增加,攪拌軸偏向一側(cè)的流體受到擠壓,偏離一側(cè)的循環(huán)流范圍增大,但并非偏心率越大槽中液流的擾動(dòng)越強(qiáng)

5、,在本研究工作中,偏心率為0.2時(shí),槽中的攪拌效果為最佳。
　　(4)隨著轉(zhuǎn)速的增加,槽中液流的速度得到加強(qiáng),尤其是靠近液面附近的流體速度得到加強(qiáng),但并非速度越大,槽中混合效果就越好,當(dāng)速度增大到某一值后,槽中流場(chǎng)的分布結(jié)構(gòu)幾乎未發(fā)生改變。在本研究工作中,攪拌轉(zhuǎn)速160rpm為最佳適宜值。
　　(5)在磷酸反應(yīng)槽中采用偏心式攪拌不僅可以改善反應(yīng)槽中的流場(chǎng)結(jié)構(gòu),增強(qiáng)槽內(nèi)流體的擾動(dòng),提高混合效率,而且可以節(jié)約能量。
　　本